Gibt es eine konstante Stromversorgung?
On Januar 1, 2021 by adminEine Spannungsquelle ist ein Gerät, das eine konstante Spannung erzeugt, jedoch zulässt, dass Stromstärke und Leistung gemäß den Gesetzen der Elektrizität variieren. Eine Stromquelle ist ein Gerät, das konstanten Strom erzeugt, wodurch Spannung und Leistung variieren können.
Gibt es eine konstante Stromquelle –, dh ein Gerät, dessen Ausgangsleistung variiert nie? Unabhängig von der Art des Anschlusses werden Spannung und Stromstärke so eingestellt, dass eine konstante Leistung erzielt wird. (Sein Verhalten wäre sowohl für offene als auch für unterbrochene Stromkreise undefiniert.)
Kommentare
- Art der Last? Linear oder nicht linear? Wie kann die Last sein Wie planen Sie die Verwendung?
- Fragen Sie, ob es eine ‚ ideale ‚ Stromquelle gibt? in der Schaltungsanalyse. Ist die Frage, die Sie ‚ stellen, ‚ Da wir ideale Spannungsquellen und ideale Stromquellen haben, können wir ideale Stromquellen haben? ‚
- Eine vollständige Antwort würde sowohl theoretische als auch praktische Beispiele enthalten, falls vorhanden.
Antwort
Ja, es ist sehr einfach, eine Konstantstromversorgung aufzubauen.
Nehmen Sie zum Beispiel einen normalen Schaltmodus-Aufwärtswandler.
simuliert diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab
Nehmen wir an, es arbeitet im diskontinuierlichen Modus und hat keine synchrone Gleichrichtung (dh nur eine Diode). Wenn der Schalter mit einem festen Arbeitszyklus (d. H. Ohne Rückkopplung) betrieben wird, legt er bei jedem Schließen eine feste Energiemenge in den Induktor. Die Energiemenge hängt nur von der Eingangsspannung, der Induktivität und der Einschaltdauer ab. Diese Energie wird beim Öffnen des Schalters in die Last abgelassen.
Konstante Energie pro Zyklus × Konstante Anzahl von Zyklen pro Sekunde = Konstante Energie pro Sekunde = Konstante Leistung.
Unabhängig vom Widerstand der Last passen sich die Spannungs- und Strompegel an diesen Leistungswert an.
In Bezug auf praktische Grenzen, wenn der Ausgang dieser Versorgung ist Kurzschluss, dann wird der Strom durch den Widerstand der internen Komponenten (Induktor und Diode) begrenzt. Wenn der Ausgang offen gelassen wird, wird die Spannung durch die verteilte Kapazität der Komponenten — begrenzt. Der Induktor „klingelt“ mit einer hohen Spannung bei der Eigenresonanzfrequenz.
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- Die Umkehrung davon wird häufig als “ Maximum Power Point Tracker “ für Solarzellen: Variieren Sie für eine bestimmte Ausgangsspannung den Eingangsspannungs- / Strompunkt für die maximale Leistungsübertragung von den Zellen.
- @ pjc50: Ja, ein Schaltmoduswandler kann sein Als einstellbare Last für ein Solarpanel und zusammen mit geeigneten Spannungs- und Stromsensoren kann eine Rückkopplungsschleife konstruiert werden, die MPPT durchführt. Aber ich folge ‚ nicht, wie dies in irgendeiner Weise die “ Umkehrung “ von ist worüber ich in meiner Antwort ‚ spreche. Der springende Punkt bei MPPT ist, dass der tatsächliche Wert der maximalen Leistung variiert.
- @tuskiomi: Nein. Wenn Sie die Leistung regulieren möchten, können Sie weder die Spannung noch den Strom auswählen. Der Lastwiderstand legt beide Werte fest: \ $ V = \ sqrt {P \ cdot R} \ $ und \ $ I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} \ $
- @ tuskiomi: Ah, in diesem Fall gibt es eine Formel. Die Eingangsenergie pro Schaltzyklus \ $ E = \ frac {1} {2} I_ {peak} ^ 2 \ cdot L \ $. Der Spitzenstrom ist eine Funktion der Einschaltzeit, der Induktivität und der Eingangsspannung: \ $ I_ {Spitze} = \ frac {V_ {in} t_ {on}} {L} \ $. Die Leistung ist einfach die Energie pro Zyklus multipliziert mit der Schaltfrequenz: \ $ P = E \ cdot f_ {SW} \ $. Sie können diese Gleichungen kombinieren, um eine Gesamtgleichung für die Leistung zu erhalten.
- Dies ist aufgrund eines häufigen Irrtums nicht 100% korrekt. Die Ausgangsleistung dieser Schaltung hängt von der Ausgangsspannung ab. Der Spitzeninduktorstrom beträgt Vt / L, aber die gelieferte Energie beträgt nicht nur 1 / 2.LI ^ 2 – zusätzliche Energie wird von VIN während der Entladung des Induktors geliefert. Die Entladezeit beträgt Toff = L.Ipeak / (VOUT -VIN) und die an den Ausgang gelieferte Energie ist Vout.Ipeak.Toff / 2
Antwort
Ja, Genauer gesagt werden diese Geräte als elektronische Lasten bezeichnet. Sie können so eingestellt werden, dass sie einen konstanten Strom oder eine konstante LEISTUNG aus einem Netzteil ziehen. Sie sind nützlich für Stromversorgungstests, Batterietests und Solartests.
Konstante Stromversorgungen sind seltener, aber eine praktische Anwendung besteht darin, ein LCD, das im Freien in der Kälte verwendet wird, warm genug zu halten, damit dies möglich ist Bewegtbilder verschmieren nicht.Das Heizelement des LCD ist eine dünne Schicht aus durchscheinendem Material namens Indiumzinnoxid. Oder es befindet sich ein dünner Draht im LCD-Bildschirm. In beiden Fällen variiert der Widerstand des Heizgeräts erheblich mit der Temperatur. Wenn Sie die Heizung mit einem konstanten Strom oder einer konstanten Spannung versorgen, ist die Leistung eine starke Funktion der Umgebungstemperatur.
Wir möchten jedoch eine relativ konstante Leistung haben, daher wird eine konstante Stromversorgung verwendet.
Antwort
Eine echte „Konstantstrom“ -Versorgung würde unendlichen Strom in einen Kurzschluss ausgeben und eine unendliche Spannung über einem offenen Strom erzeugen. Schaltkreis; In der Praxis hat jede Versorgung eine Grenze für die Spannung und den Strom, die sie erzeugt, unabhängig von der Ausgangsleistung.
Zwischen diesen Grenzen verhalten sich viele Schaltversorgungen im 60-Watt-Bereich tatsächlich sehr gut Ähnlich wie bei Konstantstromversorgungen, wenn der Strom hoch genug ist, dass sie bei voller Spannung mehr Leistung abgeben müssten, als sie können, aber niedrig genug, um keine Strombegrenzungsschaltung auszulösen. Soweit ich das beurteilen kann, ist es üblich, dass eine Familie von Versorgungen mit unterschiedlichen Spannungen den gleichen Maximalstrom hat und sich nur in der maximalen Spannung unterscheidet, die sie erzeugen. Wenn man ein Log-Log-Diagramm der Ausgangsspannung-vs erstellt Bei Stromkurven teilen sich die Netzteile einer Familie die gleiche diagonale Linie für die Ausgangsleistung und die gleiche vertikale Linie für den maximalen Strom. Der einzige Unterschied besteht in der Höhe einer horizontalen Linie, die die maximale Spannung begrenzt.
Beachten Sie, dass Sie die Datenblätter aller Lieferungen überprüfen müssen, die Sie möglicherweise auf diese Weise verwenden möchten, um sicherzustellen, dass klar ist, welche Aspekte des Betriebs spezifiziert sind oder nicht.
Antwort
Gibt es eine konstante Stromquelle
Ja, dies ist möglich Ich habe es tatsächlich vor vielen Jahren einmal als Demonstration gemacht. Spannung und Strom können direkt mit analoger Elektronik gemessen und direkt gesteuert werden, so dass die Reaktion gut sein kann. Es gibt keinen guten Weg, dies direkt zu tun Steuerleistung oder Leistungsmessung.
Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom. Eine Möglichkeit besteht darin, diese beiden zu messen und dann eine Multiplikation durchzuführen, um ein Signal zu erhalten, das proportional zur Leistung ist. Dies ist in der analogen Elektronik schwierig. Als ich das vor langer Zeit gemacht habe, habe ich einen digitalen Prozessor verwendet, um die Leistung aus gemessener Spannung und gemessenem Strom zu berechnen und dann den Ausgang entsprechend nach oben und unten zu optimieren. Dies ist lange her und ich verwendete einen Desktop-Computer über eine IEEE-488-Schnittstelle, um die Elektronik zu steuern. Es wurden ungefähr 10 Schleifeniterationen pro Sekunde ausgeführt, was ausreichte, um zu demonstrieren, was ich demonstrieren wollte.
Heute werden Schaltnetzteile routinemäßig von kleinen eingebetteten Prozessoren gesteuert, die bei jedem Schalten Spannung und manchmal Strom messen Impuls. Digitale Multiplikationen können so kurz wie einzelne Zyklen sein, daher ist eine Leistungsregelung mit geschlossenem Regelkreis heute viel praktikabler. Dies ist jedoch sehr wenig sinnvoll. Ich habe eine Reihe von Konstantspannungs-Schaltnetzteilen und einige Konstantstrom-Schaltnetzteile entworfen, aber niemals ein Konstantstrom-Schaltnetzteil. Das liegt nicht daran, dass dies heute nicht vernünftig möglich ist, sondern daran, dass ich es getan habe. Es gibt keine Verwendung für eine.
das heißt, ein Gerät, dessen Ausgabe niemals variiert?
Dies ist eine unsinnige Frage: Was Ausgang ? Spannung? Strom? Leistung? Etwas anderes? Wir machen hier Engineering, nicht von Hand winkend.
Es scheint auch einige Verwirrung darüber zu geben, was für eine Leistung Versorgung kann und kann nicht steuern. Denken Sie auch an den einfachen Fall, in dem die Last (was außerhalb der Kontrolle der Versorgung an das Netzteil angeschlossen ist) ein beliebiger Widerstand sein kann. Die Spannung, der Strom und der Widerstand hängen mit dem Ohmschen Gesetz zusammen:
Strom = Spannung / Widerstand
oder in gemeinsamen Einheiten:
A = V / Ω
Beachten Sie, dass es nur zwei Freiheitsgrade gibt Wenn Sie in dieser Beziehung zwei definieren, bleibt für die dritte keine andere Wahl übrig. Da die Last immer einen Freiheitsgrad erhält, erhält das Netzteil auch nur einen Freiheitsgrad.
Sie können neu anordnen Dies auf verschiedene Arten. Bei einer Konstantspannungsversorgung wählt die Versorgung die Spannung, die Last den Widerstand und der Strom den gewünschten Wert. Oder die Last den Strom und den scheinbaren Widerstand der Versorgung es kommt heraus zu.
Leistung ist Spannung mal Strom. Mit diesem und Ohmschen Gesetz können Sie erhalten:
Leistung = Spannung 2 / Widerstand
Wieder nur zwei Freiheitsgrade. Wenn das Netzteil die Leistung regelt und die Last den Widerstand wählt, wird die Spannung so eingestellt, wie sie ist.
Sie können die Grundphysik nicht betrügen.
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- Stimmen voll und ganz zu. Wie können wir eine konstante Stromversorgung aufbauen, wenn die Last linear oder nicht linear sein kann? Die Last kann variieren. Wenn das Lastmodell nicht bekannt ist, ist es schwierig, es zu erstellen.
- Oh, tut mir leid, es fehlt die Formulierung. Ich meinte, die Ausgangsleistung variiert nie.
Antwort
Eine Spannungsquelle ist einfach genug, außer wenn Sie an Kurzschluss denken Stromkreise – es wird unendlich viel Strom genommen und aus diesem Grund gibt es keine Spannungsquellen im strengsten Sinne.
Stromquellen haben das gleiche Problem bei einem offenen Stromkreis – wie kann Strom ohne den Strom in den Weltraum gepumpt werden? Stromquelle, die unendliche Spannungen ausübt, um einen konstanten Strom zu erzwingen.
Stromquellen werden aus Spannungs- und Stromquellen hergestellt und können auf dem Papier existieren, entsprechen jedoch genau wie reale Strom- und Spannungsquellen nicht den theoretischen Erwartungen
Antwort
Ein Rücklaufspannungswandler mit fester Schwingungsfrequenz und festem Arbeitszyklus erzeugt eine konstante Leistung, solange die Last dies nicht tut „t ändert sich zu schnell.
Wenn sich die Last im Laufe der Zeit ändert, verhindert der Ausgangsfilter, dass der Konverter die zugeführte Leistung schnell anpasst, was ein Problem sein kann oder nicht In Ihrem Fall.
Antwort
Es gibt im Handel erhältliche Netzteile mit konstantem Stromversorgungsmodus. Ein Beispiel ist die Sorensen SG-Serie.
Antwort
Es gibt eine andere Möglichkeit, eine ungefähre konstante Stromquelle zu erzeugen, die nützlich ist wenn sich Ihre Last mit der Temperatur ändert. Wenn Sie einen Vorwiderstand mit dem gleichen Wert wie die Last einsetzen, gleicht sich die Leistung aus. Eine Sichtweise ist, dass wenn der Vorwiderstand Null ist, die Last von einer konstanten Spannung angetrieben wird. Wenn der Vorwiderstand unendlich ist, wird die Last durch konstanten Strom angetrieben. dP / dR = 0, wenn Rs = Rl. Dies ist natürlich keine umweltfreundliche Methode. Roger Williamson
Antwort
Eine andere Verwendung für eine konstante Stromquelle mit niedriger Leistung könnte darin bestehen, den Gasfluss mit einem einzelnen Nichromdraht zu messen. Schieben Sie konstante Leistung durch den Draht; Es wird eine konstante Wärmemenge erzeugt, der Draht erwärmt sich und der Drahtwiderstand steigt an. Sie können den Drahtwiderstand aus Spannung / Strom berechnen und somit die Drahttemperatur kennen. In stillem Gas kann der Temperaturgewinn über der Umgebung so bestimmt werden.
Gas, das am Draht vorbeiströmt, entzieht dem Draht Wärme mit einer höheren Geschwindigkeit als bei einer Geschwindigkeit von Null, und der Wärmeverlust ist proportional zur Gasgeschwindigkeit .
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- Dies ‚ scheint die ursprüngliche Frage nicht wirklich zu beantworten, nämlich ob Ein solches Gerät existiert eher als eine mögliche Verwendung für eines.
Antwort
Praktische Netzteile mit konstanter VA. Was ist mit High-End-Schweißern? Typischerweise sind Schweißer entweder Konstante I (Stick) oder Konstante V (Mig). Mit High-End-Schweißern können Sie die VA-Neigung einstellen. Sie sind nicht perfekt, erlauben jedoch einen Einstellbereich zwischen Konstante I und Konstante V. Bei einer negativen VA-Steigung ist die Leistungsaufnahme in das Schweißbad unabhängig von der Lichtbogenlänge konstant und der Bediener muss nur die Schweißgeschwindigkeit steuern – was seine Aufgabe macht einfacher.
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